D5 Sensoriamento Remoto Ativo Avançado

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O sensoriamento remoto ativo avançado reúne sistemas lidar e radares de nuvens, duas famílias de instrumentos que complementam os radares meteorológicos convencionais onde estes apresentam limitações: possuem maior sensibilidade a partículas pequenas, como aerossóis e gotículas de nuvens, e alcançam uma resolução vertical muito mais precisa. O lidar de retroespalhamento é o instrumento mais básico no sensoriamento remoto ativo avançado: ele emite pulsos de luz laser em dois comprimentos de onda diferentes, um próximo ao verde visível e o outro no infravermelho próximo, e então mede quanta dessa luz é refletida pelos aerossóis e nuvens que atravessa. A partir dessa luz refletida, o lidar de retroespalhamento obtém perfis verticais do coeficiente de retroespalhamento e do coeficiente de extinção da atmosfera, bem como a altura exata das nuvens e da camada limite, tudo com uma resolução vertical entre dez e trinta metros.

O lidar Doppler baseia-se no mesmo princípio do lidar de retroespalhamento, mas adiciona o mesmo conceito utilizado pelo radar Doppler: ele mede a diferença de frequência experimentada pela luz retroespalhada por moléculas de ar e partículas troposféricas. A partir dessa diferença de frequência Doppler, deriva-se a velocidade vertical do vento com uma precisão entre um e cinco décimos de metro por segundo, em questão de segundos e com um alcance entre cinco e quinze quilômetros.

Quando o lidar e o radar de nuvens operam juntos no mesmo satélite, complementam-se ainda mais eficazmente. Uma missão pioneira em satélite combinou ambos os instrumentos pela primeira vez, e sua sucessora mais recente refinou essa combinação, permitindo a caracterização simultânea de aerossóis, nuvens finas e precipitação que um único instrumento não conseguiria distinguir separadamente. O radar de nuvens usado nessas missões opera em uma frequência muito mais alta do que um radar meteorológico convencional, próxima a noventa e quatro gigahertz, tornando-o sensível a gotículas de nuvens e cristais de gelo que um radar convencional não consegue detectar. O mesmo princípio do lidar de retroespalhamento, simplificado e mais acessível, dá origem aos ceilômetros: lidars de baixo custo instalados em redes densas — quase mil ceilômetros cobrem a Europa — que, sem exigir a sofisticação de um lidar de pesquisa, medem a altura da base da camada limite e das nuvens em cada estação da rede.

Todos esses instrumentos, desde o lidar de retroespalhamento para pesquisa até o ceilômetro mais simples, dependem da mesma relação fundamental, conhecida como equação do lidar: a potência que o instrumento recebe de volta depende de quanta luz a atmosfera retroespalha e quanta luz ela a atenua durante os trajetos de ida e volta. Assim, quanto maior o coeficiente de retroespalhamento de uma camada atmosférica, mais potência essa camada reflete e, quanto maior o seu coeficiente de atenuação, menos potência o sinal terá para penetrar em camadas mais profundas.

O resultado esperado de todo sensoriamento remoto ativo avançado é um conjunto de perfis verticais de aerossóis e nuvens com uma resolução temporal e espacial muito maior do que qualquer radar meteorológico convencional, capaz de detectar precisamente onde o radar meteorológico convencional falha: as nuvens finas que não saturam seu sinal ou que são muito tênues para produzir retroespalhamento de micro-ondas suficiente. Portanto, o sensoriamento remoto ativo avançado não substitui o radar meteorológico convencional, mas sim completa o quadro que ele deixa incompleto.

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